Правила генерации снеговых и ветровых нагрузок по нормам ЕС1

Параметр автоматической генерации нагрузок "Ветер и с нег 2D/3D" программы Robot в соответствии с нормами Еврокод 1 базируется на Европейском стандарте EN1991-1-3: 2003 (ветер) и EN 1991-1-4: 2005 (снег). В дополнение к этому, данный параметр позволяет генерировать нагрузки снега/ветра в соответствии с Национальными нормативными документами (NAD) большинства европейских стран.

Ветровая нагрузка

Нагрузка генерируется для типовых конструкций цехов с повторяющимися по длине конструкции рамами. Ветровая нагрузка создается в виде постоянных или трапецеидальных нагрузок на стержни в локальном направлении Z. Знак нагрузки зависит от направления ветра, действующего на элемент.

Для конструкции 2D линейная нагрузка на стержень вычисляется, как произведение давления ветра q на расстояние между рамами, то есть на величину шага e. Для крайних рам в расчет берется половина шага. Ветровая нагрузка в соответствии с нормами EC1 генерируется отдельно для каждой из повторяющихся рам, поскольку нормами предусмотрено определение последовательных зон (A, …, J) с различным давлением ветра. Если данная рама и ее шаг относятся более, чем к одной зоне, то значение давления q вычисляется пропорционально участию рамы в каждой из зон, как показано на рисунке:

Давление, действующее на данную площадку, вычисляется, как разность внешнего и внутреннего давления в соответствии с формулой:

q = q _b * c _s c _d * Ce (ze) * (Cpe - Cpi),

где

• q _b — расчетное среднее значение скоростного напора;
• c _s c _d — коэффициент конструкции как продукт коэффициент размера и динамический коэффициент;
• Ce — коэффициент экспозиции для определения расчетной высоты ze;
• Cpe — коэффициент внешнего давления;
• Cpi — коэффициент внутреннего давления.

Ниже представлен метод расчета компонентов приведенной выше формулы.

qb

Расчетное среднее значение скоростного напора может быть определено непосредственно пользователем или вычислено на основе значения скорости ветра по формуле (4.10):

qb = (1,25/2) * Vb * Vb

В некоторых нормах (EC1-PL и EC1-FR) величина давления определяется выбранным регионом по умолчанию.

Расчетная скорость ветра в приведенной выше формуле вычисляется по формуле (4.1):

Vb= Cdir * Cseason * Vb,0

где

• Cdir – фактор направления, определяемый пользователем, одинаковый для всех направлений ветра (кроме EC1-PL, где значение Cdir зависит от направления ветра);
• Cseason – зависящий от времени (от сезона) фактор, определяемый пользователем одним и тем же для всех направлений ветра;
• Vb,0 – исходная величина расчетной скорости ветра, имеющаяся в дополнениях для отдельных стран.

Расчетная скорость ветра чаще всего определяется, как скорость, имеющая годовую вероятность превышения p = 0,02, то есть имеющая средний период ожидания 50 лет. При необходимости различных периодов ожидания, скорость ветра рассчитывается на основании формулы (Cprob - 4.2):

Vb,0 = Vb * Cprob(K, p, n)

где

• K — параметр формы (по умолчанию K = 0,2), определяемый пользователем;
• p — годовая вероятность превышения скорости (по умолчанию p = 0,02), задаваемая непосредственно пользователем или определяемая как обратная величина времени жизни конструкции до разрушения;
• n — репрезентативное значение n, которое предполагается равным n = 0,5.

CsCd

Величина коэффициента конструкции задается непосредственно пользователем. По умолчанию используется значение 1.

Ce (ze)

Коэффициент экспозиции учитывает влияние неровности территории Cr и влияние топографии Co на среднюю скорость ветра, зависящую от высоты z над уровнем земли. Коэффициент неровности определяется по формуле 4.4 EN 1991-1-4. Переменные в этой формуле определяются выбором типа территории в выпадающем списке в соответствии с таблицей 4.1 EN 1991-1-4.

Топографический коэффициент учитывает увеличение скорости ветра в районе изолированных холмов или обрывов. Коэффициент предполагается постоянным и задается пользователем. Величина коэффициента должна быть назначена в соответствии с приложением EN 1991-1-4.

Cpe

Коэффициент внешнего давления определяется автоматически на основе типа кровли, который распознается программой. Программа распознает следующие типы поверхностей, для которых в соответствии с EN 1991-1-4 назначаются подходящие коэффициенты давления:

• Вертикальные стены зданий, коэффициент Cpe определяется по таблице 7.1 (рис. 7.5)
• Плоские покрытия, коэффициент Cpe определяется по таблице 7.2 (рис. 7.6)
• Односкатные покрытия, коэффициент Cpe определяется по таблице 7.3a и 7.3b (рис. 7.7)
• Двускатные покрытия, коэффициент Cpe определяется по таблице 7.4a и 7.4b (рис. 7.8)
• Многопролетные покрытия, коэффициент Cpe определяется в соответствии с рисунком 7.10.

Сводчатые покрытия и купола не поддерживаются базовым алгоритмом генерации нагрузки в нормах EC1. Они доступны в Robot при использовании норм EC1-SERRES.

Cpi

Коэффициент внутреннего давления определяется по умолчанию в соответствии с пунктом 7.2.9 (6) в виде экстремальных значений (рис. 7.13):

• Cpi = 0,8 при давлении (+),
• Cpi = –0,5 при давлении (–).

Если включена опция Уплотнительная конструкция, то коэффициент Cpi полагается равным нулю.

Снеговая нагрузка

Снеговые нагрузки генерируются, как постоянные или трапецеидальные нагрузки на стержни, действующие в отрицательном направлении вертикальной глобальной оси Z. Нагрузка относится к проекции длины стержня на горизонтальное направление X. Снеговые нагрузки не прикладываются к вертикальным элементам, то есть к элементам, параллельным оси Z. Для конструкций 2D приложенная к стержню линейная нагрузка вычисляется, как произведение давления снега S на расстояние между рамами, то есть на величину шага e.

Величина снеговой нагрузки подсчитывается по формуле (в зависимости от норм):

• Нормальные условия (5.1)

  S = μi * Ce * Ct * sk

• Особые условия — осадки (5.2)

  S = μi * Ce * Ct * Cesl * sk

• Особые условия — снегопады (5.3)

  S = μi * sk

где

• μi - коэффициент вида снеговой нагрузки, который определяется приведенными ниже соотношениями;
• Ce - коэффициент экспозиции, равный 1,0;
• Ct - температурный коэффициент, равный 1,0;
• Cesl – коэффициент особой снеговой нагрузки, равный 2,0;
• sk - характерное значение снеговой нагрузки на грунт, задаваемое пользователем или зависящее от выбранной зоны.

В пункте 5.3 рассмотрены следующие виды приложения снеговой нагрузки:

Односкатные кровли

Значение коэффициента μi определяется по Таблице 5.2.

Виды приложения снеговой нагрузки: распределенная нагрузка μ ₁ (α) (рис. 5.2).

Двускатные кровли

Значение коэффициента μi определяется по таблице 5.2.

Виды расположение нагрузки:

• Равномерно распределенная нагрузка μ ₁ (α ₁ ) и μ ₁ (α ₂ ) (рис. 5.3(i))
• Распределенная нагрузка половинной интенсивности 0,5 * μ ₁ (α ₁ ), действующая на один скат кровли и неравномерно распределенная нагрузка, равная μ ₁ (α ₂ ), действующая на другой скат кровли (рис. 7.3 (ii))
• Неравномерно распределенная нагрузка, равная μ ₁ (α ₁ ), действующая на один скат кровли, и распределенная нагрузка, составляющая половину интенсивности нагрузки 0,5*μ ₁ (α ₂ ), действующая на другой скат кровли (рис. 7.3(iii)).

Многоскатные кровли

Значение коэффициента μi определяется по таблице 5.2.

Виды расположение нагрузки:

• равномерная нагрузка; - схема как показано выше (рис. 5.4(i)).
• Для случаев, когда не выполняются условия, как на рис. B1 — неравномерно распределенная нагрузка, μ ₁ (α _i ) на крайних скатах крыши, линейно изменяющаяся схема распределения нагрузки с экстремумом μ ₂ (α _m ), где α _m = (α ₁ + α ₂ ) /2 на внутренние скаты крыши (рис. 5.4(ii)).
• Для случаев, когда выполняются условия, как на рис B1 — неравномерная схема распределения нагрузки, коэффициент μ ₁ (рис. B.1), где μ ₁ — согласно B2(2).

Цилиндрические кровли

Этот тип крыш не рассчитывается по основному алгоритму создания нагрузки EC1. Они доступны в Robot при использовании норм EC1-SERRES.

Кровли с резкими перепадами высоты

Нагрузка от смещения снега не обеспечивается правильно.